Mac与Phy组成原理的简单分析

Posted 2020-08-25 葫芦娃Vs奥特曼

1. general

下图是网口结构简图。网口由CPU、MAC和PHY三部分组成。DMA控制器通常属于CPU的一部分，用虚线放在这里是为了表示DMA控制器可能会参与到网口数据传输中。

 

 

对于上述的三部分，并不一定都是独立的芯片，根据组合形式，可分为下列几种类型：

方案一：CPU集成MAC与PHY；

方案二：CPU集成MAC，PHY采用独立芯片；

方案三：CPU不集成MAC与PHY，MAC与PHY采用集成芯片；

本例中选用方案二做进一步说明，因为CPU总线接口很常见，通常都会做成可以像访问内存一样去访问，没必要拿出来说，而Mac与PHY之间的MII接口则需要多做些说明。

下图是采用方案二的网口结构图。虚框表示CPU，MAC集成在CPU中。PHY芯片通过MII接口与CPU上的Mac连接。

 

在软件上对网口的操作通常分为下面几步：

1) 为数据收发分配内存；

2) 初始化MAC寄存器；

3) 初始化PHY寄存器（通过MIIM）；

4) 启动收发； 

2. MII

MII接口是MAC与PHY连接的标准接口。因为各厂家采用了同样的接口，用户可以根据所需的性能、价格，采用不同型号，甚至不同公司的phy芯片。

需要发送的数据通过MII接口中的收发两组总线实现。而对PHY芯片寄存器的配置信息，则通过MII总的一组串口总线实现，即MIIM（MII Management）。

下表列出了MII总线中主要的一些引脚

PIN Name	Direction	Description
TXD[0:3]	Mac to Phy	Transmit Data
TXEN	Mac to Phy	Transmit Enable
TXCLK	Mac to Phy	Transmit Clock
RXD[0:3]	Phy to Mac	Receive Data
RXEN	Phy to Mac	Receive Enable
RXCLK	Phy to Mac	Receive Clock
MDC	Mac to Phy	Management Data Clock
MDIO	Bidirection	Management Data I/O

 MIIM只有两个线，时钟信号MDC与数据线MDIO。读写命令均由Mac发起，PHY不能通过MIIM主动向Mac发送信息。由于MIIM只能有Mac发起，我们可以操作的也就只有MAC上的寄存器。

 3. DMA

收发数据总是间费时费力的事，尤其对于网络设备来说更是如此。CPU做这些事情显然不合适。既然是数据搬移，最简单的办法当然是让DMA来做。毕竟专业的才是最好的。

这样CPU要做的事情就简单了。只需要告诉DMA起始地址与长度，剩下的事情就会自动完成。

通常在MAC中会有一组寄存器专门用户记录数据地址，tbase与rbase，cpu按MAC要的格式把数据放好后，启动MAC的数据发送就可以了。启动过程常会用到寄存器tstate。

4. MAC

 

CPU上有两组寄存器用与MAC。一组用户数据的收发，对应上面的DMA；一组用户MIIM，用户对PHY进行配置。

两组寄存器由于都在CPU上，配置方式与其他CPU上寄存器一样，直接读写即可。

数据的转发通过DMA完成。 

5. PHY

 

该芯片是一个10M/100M Ethernet网口芯片

PHY芯片有一组寄存器用户保存配置，并更新状态。CPU不能直接访问这组寄存器，只能通过MAC上的MIIM寄存器组实现间接访问。

同时PHY芯片负责完成MII总线的数据与Media Interface上数据的转发。该转发根据寄存器配置自动完成，不需要外接干预。